一种低剪切增粘型防漏早强水泥浆体系的制作方法

1.本发明涉及油田化学及油气井固井材料领域，具体涉及一种低剪切增粘型防漏早强水泥浆体系。


背景技术：

2.针对浅部弱胶结储层(常见于海上，如我国南海和渤海湾)，固井时，由于储层弱胶结，具有高渗透的特点，水泥浆在压差作用下容易渗透进入储层，导致水泥浆漏失，影响水泥浆设计返高和固井质量，同时水泥浆漏失进入地层深部，会显著降低储层渗透率，影响开采效率，并且由于储层埋深浅，水泥石强度发展缓慢，延长固井侯凝时间，增加了建井成本。
3.常见的水泥浆防漏方式是在水泥浆中加入纤维，降低水泥浆密度(cn111662048a)。纤维材料单独适用效果差，有效含量难以保证，并且纤维在水泥浆泵送过程中容易团结成球，影响水泥浆的均匀性；而低密度水泥浆长期力学性能难以保证，并且高渗透层的漏失能力相比裂缝漏失能力弱，因此并没有必要采用纤维进行防漏。基于达西定律，针对高渗透储层，提升水泥浆粘度亦可以有效防漏，但是增加水泥浆粘度会导致水泥浆难以泵送，影响顶替效率等问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于为了解决上述现有技术中存在问题之一，提供一种低剪切增粘型防漏早强水泥浆体，本发明组合利用硅溶胶(液体纳米二氧化硅)和含有羧酸基团的油井水泥降失水剂，不仅简化了水泥浆构成，而且使水泥浆达到早强性能，并且具有在高剪切力作用下粘度低，在低剪切力作用下粘度急速上升的特性，实现泵送水泥浆过程中，水泥浆流变性优良，顶替到位后，水泥浆于井筒内快速提粘，防止漏失，对提升浅部弱胶结储层固井质量具有重要意义。
5.本发明提供一种适用于浅部弱胶结储层固井的低剪切增粘型防漏早强水泥浆体系，以重量份计，其原料组成如下：
6.1.胶凝体系
7.g级油井水泥100份
8.2.外加剂
9.磺酸基团和羧酸基团共聚型降失水剂2
‑
5份。
10.该类降失水剂含有大量的羧酸基团，可以与硅溶胶中的羟基形成氢键结构，可以形成空间网络结构，在低剪切速率条件下增粘，而在高剪切速率下，空间网络结构被打破，降粘。加量小了，达不到降失水效果，加量过高，则不经济。当然，降失水剂加量低，形成的空间网络结构也是比较弱。当降失水剂加量低时，为了达到低剪切增粘效果，则应增加硅溶胶加量。该类降失水剂可以直接购买到，如中海油服的降失水剂pc
‑
80l，中石油渤星工程科技有限公司的降失水剂bcg和bxf
‑
200l，也可以按照现有技术进行合成。
11.磺化醛酮型分散剂0.25
‑
1.5份。
12.磺化醛酮类分散剂可以直接购买，例如卫辉的sgjz分散剂。
13.硅溶胶4
‑
8份。
14.本发明通过实验确定了硅溶胶的加量，根据降失水剂加量，用其最小加量确定了硅溶胶最大加量，用降失水剂最大加量，确定了硅溶胶最低加量，如果硅溶胶加量过大，则水泥浆浆体太稠。优选的，硅溶胶成分sio2含量30～40％，硅溶胶密度为1.2～1.4g/cm3，纳米二氧化硅粒径5～15nm。硅溶胶二氧化硅浓度，最高做到40％，浓度不能过低，过低一个是加量大，而且会增加水泥浆中水的含量。密度是根据sio2含量确定的。粒径大小是经过试验选择出来的，如果粒径过大，硅溶胶就不能维持长期稳定。
15.水40
‑
55份。
16.优选的，整个低剪切增粘型防漏早强水泥浆体系中水的总质量：固相总质量比＝0.40～0.5：1。
17.所述的低剪切增粘型防漏早强水泥浆体系，其具体制备步骤为：
18.(1)将分散剂与油井水泥进行干混，得固体混合料；
19.(2)将硅溶胶、降失水剂加入水中进行混合，得液体混合料；
20.(3)将固体混合料和液体混合料进行搅拌混配，得低剪切增粘型防漏早强水泥浆体系。水泥浆体系现用现配。
21.本发明的有益效果是：本发明组合利用硅溶胶(液体纳米二氧化硅)和含有羧酸基团的油井水泥降失水剂，不仅简化了水泥浆构成，而且使水泥浆达到早强性能，并且具有在高剪切力作用下粘度低，在低剪切力作用下粘度急速上升的特性，实现泵送水泥浆过程中，水泥浆流变性优良，顶替到位后，水泥浆于井筒内快速提粘，防止漏失。
22.硅溶胶(液体纳米二氧化硅)和含有羧酸基团的油井水泥降失水剂复配使用后使水泥浆粘度在低剪切速率下显著提升的原因是，硅溶胶和含有羧酸基团的油井水泥降失水剂可以形成交联结构，进而提升水泥浆粘度；而在高剪切速率下，硅溶胶和含有羧酸基团的油井水泥降失水剂形成的交联结构被破坏，因此水泥浆依然保持低粘度。
附图说明
23.图1是水泥浆体系中分别只加入磺酸基团和羧酸基团共聚型降失水剂、硅溶胶、硅溶胶和聚乙烯醇类降失水剂复配、硅溶胶和磺酸基团和羧酸基团共聚型降失水剂复配后的水泥浆粘度测试结果。
具体实施方式
24.下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
25.按照“gb/t 19139
‑
2012油井水泥试验方法”配置好水泥浆以后，按照ansi/api recommended practice 10b
‑
5标准对水泥浆粘度及水泥石抗压强度发展进行测量，测试温度为20℃。
26.实施例1一种低剪切增粘型防漏早强水泥浆体系
27.100份g级油井水泥 2.5份磺酸基团和羧酸基团共聚型降失水剂 0.5份磺化醛酮缩聚物型分散剂 5份硅溶胶(sio2含量40％，硅溶胶密度为1.3g/cm3，纳米二氧化硅粒径5～
15nm) 水，水的总质量：固相总质量＝0.44。水泥浆体系记为c1
28.实施例2一种低剪切增粘型防漏早强水泥浆体系
29.100份g级油井水泥 4份磺酸基团和羧酸基团共聚型降失水剂 0.5份磺化醛酮缩聚物型分散剂 6份硅溶胶(sio2含量35％，硅溶胶密度为1.3g/cm3，纳米二氧化硅粒径5～15nm) 水，水的总质量：固相总质量＝0.44。水泥浆体系记为c2
30.实施例3对比样本—只加入硅溶胶
31.100份g级油井水泥 0.5份磺化醛酮缩聚物型分散剂 6份硅溶胶(sio2含量40％，硅溶胶密度为1.3g/cm3，纳米二氧化硅粒径5～15nm) 水，水的总质量：固相总质量＝0.44。水泥浆体系记为c3
32.实施例4对比样本—只加入磺酸基团和羧酸基团共聚型降失水剂
33.100份g级油井水泥 2.5份磺酸基团和羧酸基团共聚型降失水剂 0.5份磺化醛酮缩聚物型分散剂 水，水的总质量：固相总质量＝0.44。水泥浆体系记为c4
34.实施例5对比样本—加入聚乙烯醇型降失水剂和硅溶胶
35.100份g级油井水泥 2.5份聚乙烯醇型降失水剂 0.5份磺化醛酮缩聚物型分散剂 6份硅溶胶(sio2含量40％，硅溶胶密度为1.3g/cm3，纳米二氧化硅粒径5～15nm) 水，水的总质量：固相总质量＝0.44。水泥浆体系记为c5
36.水泥浆粘度如表1所示
37.表1
[0038][0039][0040]
从表1中可以明显看出硅溶胶和磺酸基团和羧酸基团共聚型降失水剂复配使用后，使水泥浆在低剪切速率下粘度明显提升，而在高剪切速率下，水泥浆粘度变化不大。
[0041]
水泥石抗压强度如表2所示
[0042]
表2
[0043]
水泥浆样本水泥石抗压强度mpa(养护12小时)c11.39c21.45c31.47c40c51.38
[0044]
从表2中可以看出，相比未加入硅溶胶的水泥浆体系，硅溶胶的加入使水泥浆达到
了早强性能。